[00756835]特殊工况下金属陶瓷工模具材料的制备与钎焊连接技术

随着通讯、航空航天等工业的快速发展，迫切需要研发满足磁场、高温强磨损等特殊工况要求的新型工模具材料，并解决其与钢钎焊连接的难题。例如，制备开关电源、通讯电感器、电机等的关键磁性元器件时，工模具需无磁才能降低成形阻力，保证元器件的性能一致性和表面质量；加工高硬度、加工硬化倾向严重的材料时，工模具需具有良好的高温综合性能，以提高工件的加工质量及加工效率。为此，该项目在课题组解决了无钴金属陶瓷强韧性低的难题基础上，在国家科技重大专项等项目的资助下，经十多年系统深入的研究，取得了如下主要技术发明：发明了无钴金属陶瓷无磁化且居里温度可控的多元合金化技术。探明了合金组元对无钴金属陶瓷磁学特性的影响规律，发现钼、铬是降低镍基粘结相居里温度的有效合金元素,当钼、铬含量超过临界值时粘结相晶格显著膨胀,钼、铬原子外层电子进入镍原子的3d空轨道，使室温下粘结相转变为无磁性。采用多元合金化技术，致使无钴金属陶瓷室温磁化率降至10<'-3>emu·g<'-1>·Oe<'-1>以下，居里温度可降至-220℃,且硬度达89.0～92.5HRA,抗弯强度≥1950MPa，解决了金属陶瓷难以兼有无磁性和优异力学性能的难题。发明了功能梯度无钴金属陶瓷的高温等静压氮化技术。将高强度无钴金属陶瓷进行高温等静压氮化，使金属陶瓷中合金元素具有化学位梯度，在化学位差的驱动下，通过扩散在表层形成富氮富钛且晶粒细小的硬化层，由表至里实现成分和组织的梯度过渡，致使室温抗弯强度≥2250MPa、表面硬度≥1750HV, 1000℃高温硬度≥975HV,解决了无钴金属陶瓷难以兼有高强韧性和优异高温耐磨性的难题。发明了适合无钴金属陶瓷与结构钢的钎焊连接技术。以铜为基引入适量镍、钛、锰、硅等合金元素，研发出适合无钻金属陶瓷与结构钢钎焊连接的铜基钎料；采用真空或气氛保护钎焊，在无钴金属陶瓷与钎料间形成厚度合适的合金固溶体反应层，且钎缝填充性好，致使无钴金属陶瓷与结构钢钎焊接头的剪切强度≥260MPa,解决了国内外公认的无钴金属陶瓷与结构钢难以钎焊连接的难题。发明的无磁金属陶瓷性能指标达到国际领先水平，填补了国内外高性能无磁金属陶瓷的空白；发明的功能梯度无钴金属陶瓷力学性能指标、无钴金属陶瓷与结构钢钎焊连接性能指标明显优于国内外同类技术。开发的无磁金属陶瓷刀具适合精加工铁磁质材料，加工工件表面质量好；无磁金属陶瓷模具适合磁粉成形，与进口硬质合金模具相比使用寿命提高1-3倍。在高温强磨损工况下，功能梯度无钴金属陶瓷工模具的使用寿命比普通无钴金属陶瓷工模具高1-3倍。开发的无钴金属陶瓷与结构钢的钎焊连接技术满足了高档冷作模具和焊接刀具制造工艺及应用的要求。相关产品已在3家企业批量生产，近3年新增销售额13052万元。该项目获授权发明专利11项；发表学术论文135篇，SCI收录50篇，EI收录69篇，SCI他引191篇次。